樁土作用對樁基水平承載力影響的非線性有限元分析.pdf

1、樁基作為工程建設(shè)中的主要基礎(chǔ)型式之一，無論是在建筑工程中，還是在港口工程中，其往往以群樁的形式出現(xiàn)。當(dāng)前隨著開敞式碼頭、跨海大橋、海洋石油平臺的建設(shè)，在港口及海洋樁基工程領(lǐng)域中，樁基的水平承載力作用起到了至關(guān)重要的作用，故而對水平受荷群樁基礎(chǔ)的特性分析與研究是十分必要的。由于水平靜載試驗受工期、費用、試驗設(shè)備及試驗條件的限制，很難對水平受荷群樁基礎(chǔ)特性做一個深入的分析。本文應(yīng)用國際上通用的大型有限元軟件ANSYS建立多種工況下的有限元模

2、型，對水平受荷群樁基礎(chǔ)的承載特性做了較為深入的分析與研究，并提出了一些有益的結(jié)論與建議，以便更好指導(dǎo)以后的工程實踐。 本文首先回顧和總結(jié)了目前對水平受荷群樁基礎(chǔ)特性分析的研究現(xiàn)狀、有限元的基本理論并對有限元軟件ANSYS簡略介紹。其次考慮土體的復(fù)雜性狀和樁土相互作用對水平受荷群樁基礎(chǔ)特性的影響，選擇合適的土體本構(gòu)關(guān)系模型和接觸非線性單元來模擬樁土之間的力學(xué)行為；最后通過調(diào)整樁的入土深度L，土體模型邊界尺寸以及劃分網(wǎng)格的大小，并引

3、入樁土接觸摩擦單元，建立合理的數(shù)值分析模型。 通過對多種工況水平受荷群樁基礎(chǔ)的數(shù)值模型進行運算，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行整理，得到樁的入土深度L、樁徑D、土體彈性模量Es、樁間距S、樁數(shù)D等因素對水平受荷群樁基礎(chǔ)特性的影響，重點是對位移群樁效應(yīng)的影響。本文認(rèn)為在樁的入土深度、樁徑、土體彈性模量、樁間距、樁數(shù)等因素中，樁距和樁數(shù) 對水平受荷群樁基礎(chǔ)位移的影響比較顯著，而樁的入土深度、樁徑、土體彈性模量等因素則對位移的影響不大。在受荷方向上

4、，8倍樁徑的樁距是群樁效應(yīng)的臨界樁距，當(dāng)樁距 大于該臨界值時，基本無群樁效應(yīng)，且當(dāng)樁數(shù)大于4時，樁距的影響不大；而在非受荷方向，樁距大于（2～3）倍樁徑時，可不考慮群樁效應(yīng)。 樁的入土深度 是影響水平受荷群樁基礎(chǔ)可靠性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)。三維有限元分析研究發(fā)現(xiàn)，不論是單樁還是群樁均存在著一個臨界樁的入土深度，當(dāng)樁的入土深度 超過該臨界值時，即使增加樁的入土深度，樁的承載特性改變甚微，而且水平受荷群樁基礎(chǔ)的臨界長度大于相應(yīng)的單樁的

5、臨界長度值，28倍樁徑的樁的入土深度 是群樁的臨界樁的入土深度，設(shè)計時應(yīng)選取臨界樁的入土深度 作為設(shè)計樁的入土深度的上限值。 對一定荷載作用下的水平受荷群樁位移的影響除了大家所熟知的樁徑、樁的入土深度、樁間距，樁數(shù) 外，還有土的彈性模量 。間距、樁數(shù) 對一定荷載作用下的水平受荷群樁位移的影響較大，但樁徑、樁的入土深度、以及土體彈性模量的影響不容忽視，因而根據(jù)計算所得出的結(jié)果數(shù)據(jù)綜合考慮幾個影響因素，對有限元計算所得的數(shù)據(jù)結(jié)果進行

6、分析整理，并通過相關(guān)數(shù)據(jù)處理分析軟件對已有數(shù)據(jù)進行擬合分析，本文提出了一定荷載作用下的水平受荷群樁位移的計算公式： 同時考慮到土體的非線性特征和位移群樁效應(yīng)的影響，引入了三個參數(shù)。樁長L的變化對水平受荷群樁基礎(chǔ)位移的影響是非線性的。為了反映樁長的這種非線性性質(zhì)，本文引入了參數(shù) 來反映樁的入土深度的非線性影響以及群樁效應(yīng)的影響。通過比較發(fā)現(xiàn)本文水平受荷群樁基礎(chǔ)位移計算公式對樁的入土深度的模擬精度是比較好的，同時我們也發(fā)現(xiàn)